基于不同安裝主軸類型的珩磨系統的研究
肖飛來
摘要：本文從珩磨機床在國內目前應用情況談起，分析珩磨加工原理，基于兩種不同主軸的珩磨系統，根據各種零件的自身特點， 試圖找出某種內在規律，以期為相關廠家在珩磨設備選型時提供一定的依據，達到節省選型時間和投資者的利益最大化。
關鍵詞：珩磨系統 選擇 立式珩磨系統 臥式珩磨系統
一 引言
世界上從事珩磨系統應用于孔的加工的研究已有近百余年的歷史，發展到現在，世界上的珩磨機床有很多種,看起來差別很大，各種珩磨機床的種類不下幾百種。
著名的國外專業生產廠家有美國SUNNEN（善能）公司，德國GERHING（格林）公司與德國NAGEL（那格爾）公司，日本的AOBA（青葉）公司；附帶生產的有日本NISSON（日進），FUJI（富士），三菱重工公司等十幾家。國內較為出名的生產廠家有大河機床廠，北京第三機床廠，山東德州機床廠，大連機床廠，以及近幾年才崛起的生產小型臥式珩磨機床的浙江寧波海工集團等20余廠家。
如此多的廠家，各種不同類型的產品對用戶而言是一個很好的選擇，同時也是一個很難的選擇：既有價格低廉的萬余元國產珩磨機床，又有上千萬元的進口珩磨機床，比價差達到1000余倍。
二 國內珩磨機床應用情況及大致范圍
在10余年前，國內珩磨工藝還沒有普遍應用于機械零件加工時，絕大多數工廠選擇內孔的加工方式主要是內圓磨機床，只有在非用珩磨不可的零件加工時才用到珩磨機床。在機加工工藝員的眼中，內圓磨機床的切削力大，效率高，工序成本低，且國產內圓磨設備價格較為便宜；而珩磨工藝主要應用于工藝圖紙必須要求珩磨的內孔表面如發動機缸體等平臺網紋內孔，其設備投資大，成本高，效率也慢。
近幾年，隨著中國摩托車行業的崛起，一大批專業摩托車缸體，連桿的配套廠家也隨之興起，大量進口及國產珩磨機床的應用帶動了相關行業的珩磨機床的運用。如摩托車主動軸齒輪，在2年以前專業制造廠家基本上采用內圓磨工藝磨兩級串聯孔，此工藝對內圓磨的精度要求很高；由于該齒輪壁薄且壁厚不均勻，必須要有專門的夾具裝夾，在內圓磨加工中容易引起齒輪齒圈徑向調動超差而造成零件報廢。有的廠家報廢率在30%以上，相當驚人。而在采用臥式珩磨工藝后，由于不存在專用夾具，且由整條油石同時加工兩個串聯內孔，所以不會造成任何調動度超差。經過陜西秦川機械廠的運用美國SUNNEN公司的MBC-1805機床加工后零件的合格率為100%，由此可見采用珩磨工藝的優點。
珩磨工藝在國外的加工范圍是極其廣泛的，可以說所有的內孔都可以運用珩磨機床加工，因為珩磨加工簡單的說能又快又好的實現孔的高精度；國內主要適用于以下機械零件的內孔加工：
汽車柴油車發動機本體缸體，分離缸套，連桿，萬向節，制動泵，變速箱內各種齒輪，液壓挺桿，轉向器，軸套，油泵的三對偶件套筒以及油泵體等；
摩托車缸體，連桿，撥叉，主副軸齒輪，機油泵缸體軸承孔等；
縫紉機的種類很多的撥叉，連桿，以及各種材料的軸套等。
各種類型壓縮機的缸體，連桿，軸套等；
工程機械的各種油缸；液壓行業的各種閥體及油缸等；
模具行業的導套，精密噴嘴等；
微電機行業的定子，軸承等；
宇航工業的大多數有高精度內孔的零件等；
三 珩磨加工原理
珩磨的工作原理：珩磨油石相對于被加工工件在要加工的孔內即作旋轉運動，又作直線往復運動，同時，珩磨油石在內孔內作直徑方向的漲縮，從而達到珩磨出一定網紋角度的內孔表面，得到相應的內孔幾何形狀精度（直線度，圓度，錐度）和表面粗糙度。簡單地說：珩磨運動是三種運動的合成。既然是相對運動，根據數學的排列組合規律（C１２×C１２×C１１=4），就有肆種運動方式，如下表：
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序號 |
運動方式 |
使用機床類型 |
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1 |
油石旋轉，油石往復，油石漲縮運動，工件既可剛性固定又能選擇浮動狀態，取決于珩磨軸的狀態 |
各種立式珩磨機床通用，少數大型臥式機床使用 |
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2 |
油石旋轉，工件往復，油石漲縮運動，工件處于相對浮動狀態 |
小型臥式珩磨機床通用 |
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3 |
工件旋轉，油石往復，油石漲縮運動，工件處于相對剛性狀態 |
國內一部分臥式珩磨機床所采用 |
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4 |
工件旋轉，工件往復，油石漲縮，工件處于相對浮動狀態 |
一部分手動自制簡易珩磨設備采用 |
珩磨既然是三種運動的合成，這樣就要求在運動的過程中，工件或者裝夾油石的主軸必須有一個處于相對浮動狀態，否則會造成工件或裝夾油石的主軸損壞，這也是珩磨與內圓磨最大的原理差別；內圓磨工件必須夾緊，砂輪在孔內做徑向漲縮，同時砂輪在孔內作單一方向剛性運動；這種差別就造成了珩磨與內圓磨在加工后能提高的精度參數不一樣：
珩磨機床只能提高內孔的幾何形狀精度：直線度，錐度，園度，表面粗糙度；珩磨后內孔表面有一定角度的交叉網紋。
內圓磨機床不僅能提高內孔對端面的垂直度，對外圓的平行度等位置精度，還能提高內孔本身的直線度，錐度，園度，表面粗糙度。內圓磨加工后沒有交叉網紋，只有螺旋線或者累加同軸圓環。
從以上提高的精度參數來看，內圓磨的優點較明顯。實際使用情況卻相反，因為：
1，一部分零件沒有位置精度要求，只需要內孔的高精度。而內圓磨機床加工內孔的精度受很多因素影響，比如砂輪的質量好壞，加工件材料的不同，機床本身的制造精度等。而珩磨機床受這些因素的影響較小，在同等條件下，珩磨加工所能達到的內孔幾何形狀精度比內圓磨要高。
2，有位置精度要求的絕大部分零件在內圓磨或珩磨之前已經由鏜孔或鉸孔或專機等加工手段保證，只要在加工中不破壞此精度即可。此時，若運用內圓磨加工，則有夾具的制造精度誤差和二次定位裝夾的誤差而易引起加工后位置精度反而比加工前增大；采用珩磨工藝加工由于工件或主軸其中之一處于相對浮動狀態則絕對不會出現破壞位置精度的情況，在內孔表面精度提高后，測量位置精度時都有一定的提高。也就是說珩磨加工如果不提高內孔的形狀精度，則位置精度不會提高。摩托車初級主動齒輪和汽車行星齒輪的加工情況結果就證明了這個結論。采用珩磨工藝后，有的機加工廠家認為珩磨工藝能相應提高位置精度，原因也在此。
3，位置精度必須通過內圓磨機床再提高的零件則無法通過珩磨機床加工，一般也只有進口的高精度內圓磨機床才能實現。此時珩磨機床則無任何優點。
四 不同的珩磨系統
珩磨原理如上所述，但是世界上各機床制造廠家所制造生產的珩磨機床差別很大，根據不同的區分方法，有很多種系列的珩磨系統。經過仔細研究后，發現珩磨機床從珩磨主軸的安裝方式可分為兩種：
1，立式珩磨系統
立式珩磨系統，其珩磨主軸是垂直于工作臺面的?？梢宰龀蓡晤^，雙頭及多頭：珩磨工位可以做成兩個，三個，四個及多個工位；主軸可以做成環形，也可以做成直線式排列；這樣，在實際應用中，可以根據用戶的生產綱領選擇合適的主軸個數確定加工效率；而且，立式珩磨系統還可以增加在線測量工位和專用測量機構，以剔除上道不合格零件及本道加工不合格零件，并予以報警記數和閉環反饋控制，保證加工零件的尺寸的一致性，降低尺寸公差的分散度。另外，立式珩磨系統的結構，有利于冷卻液系統快速帶走珩磨后的切屑微粒，能夠避免諸于臥式大切屑余量下易沾屑而造成珩不動及粗糙度下降的問題。
立式珩磨系統并不是完美無缺，存在有如下缺陷：
1）必須根據不同的零件設計不同的浮動夾具，夾具本身的設計結構及精度都直接影響零件的加工精度，夾具的制造費用較高，機床本身的制造成本也較高，機床的價格就很貴。如加工汽車發動機本體缸的超大型立式進口珩磨機床，單機價格均在壹仟萬元以上。據《機械工業》報紙最近報道，大連機床廠已經于今年研制成功此種立式珩磨加工機床。
2）立式珩磨機床由于受到廠房空間的限制以及本身占地面積較小的原因，不大可能加工超長零件如工程機械油缸等很長的零件。美國SUNNEN公司的GV-3標準立式珩磨機床最大加工的長度為1.0米，其他公司的普通立式珩磨機床加工長度也相差不多（特殊制造除外）。而實際上很多廠家的工件超過2米，甚至達到20米。此時大型臥式珩磨機床則有很大的優勢。
2，臥式珩磨系統
其珩磨主軸是平行于工作臺面的。一般是設計成單頭的,在生產線上可以設計成直線式排列；臥式珩磨系統結構較簡單，又可分為小型臥式珩磨系統和大型臥式珩磨系統。
小型臥式珩磨系統的最大優點是其制造成本較低，機床的價格便宜，如美國SUNNEN公司的MBC-1805等類型機床。對于大多數零件都可以用簡單通用的環握式夾具，沖程調整方便；小型臥式珩磨機床也可以做到最終加工尺寸的自動檢測與開環控制，其工具的調整及油石修整都比立式珩磨機床方便，操作簡單可靠。因為其結構及電氣控制部件簡單，所以臥式珩磨機床都較可靠，一般很少會出現故障。
小型臥式珩磨機床也有很多其自身的局限處：
1，加工的零件重量有限，一般不超過15公斤。
2，加工的孔徑越?。讖皆?---30mm之間）精度越高，孔徑太大（超過70mm）則精度不容易控制，而且尺寸分散度也很難保證在一定的范圍內。
3，在加工很軟材料如鑄鐵和鋁類零件時，其停機方式容易造成孔內劃傷。而立式珩磨機床則不會出現此種劃傷。
大型臥式珩磨系統如美國SUNNEN公司的HTH，HTB系列及國內德州機床廠生產的大型臥式珩磨機床是專門為油缸類零件珩磨加工而設計生產的，其最大特點是可以加工超長工件，世界上目前加工最長的油缸長度可以達到20米左右。
五 結束語
對于大多數加工孔徑相同的同廠家生產的珩磨機床來說，無論立式還是臥式種類，其加工的精度都可以做到一致；對于絕大多數零件都能滿足其精度要求，而加工效率則不同的系統有很大的差別。至于機床價格，立式珩磨機床一般比臥式珩磨機床要高。汽車發動機本體缸則應當選用立式珩磨機床；而加工超過1.5米長度油缸則多數選擇臥式珩磨機床，除非采用其他加工方法如滾壓工藝等。對超高精度要求的零件如油泵油嘴行業的三對偶件(出油閥,柱塞套,噴油嘴偶件)的套筒內孔精度（圓柱度在0.001以內）而言，建議采用臥式珩磨系統作為立式超高精度珩磨系統的前道粗珩加工設備，然后在立式珩磨系統上作精珩，既節省投資，又能達到精度要求。
所以，機加工生產廠家在實際的選型中，必須根據本廠的生產綱領，精度要求，選擇合適的立式或臥式珩磨機床：并不是價格越貴的珩磨機床就是最合適的機床，也不是價格最便宜的機床就是最節省投資的機床。在設備的投資過程中，選型者要考慮到機床的整機價格，使用此機床加工的零件工序成本，后續機床服務的質量，另配件及工具供應的時間，機床的可靠性及使用壽命等一系列問題，從投資者利益最大化的角度選擇最合適的機床才是工廠購買的最好機床。
參考文獻
1．仇啟源，龐思勤編著.現代金屬切削技術.北京：機械工業出版社，1992
2．肖飛來，解決偶件“早期磨損”問題之管見.無錫：內燃機燃油噴射與控制，1999，3（52）
The Research in Honing System with Different Spindles
Shanghai Sunnen Mechanical Co., Ltd. Xiao Feilai
Abstract: The paper introduces several of honing machine and application in the machine work field. Analyze the principle of honing system, on the basis of the different installed spindles of honing system and characteristic of the all kinds of workpiece. It is helpful for customer to select suitable honing machine with high efficiently and low cost.
Key words: honing system, select, vertical honing system, horizontal honing system
